FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
TECNICAS DE
BALANCEO DE TRAFICO DE VOZ COMO
PARTE DE LA OP.TIMIZACION DE UNA RED GSM DUAL
BAND 850/1900MHZ
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO DE TELECOMUNICACIONES
PRESENTADO POR:
JUAN CARLOS PORRAS MEDINA
PROMOCIÓN
2005 - 11
En el presente trabajo se dará a conocer técnicas y métodos en la optimización diaria de una Red GSM, técnicas especialmente enfocadas al balance de trafico de Voz con el fin de optimizar los recursos de red.
Se comenzara primero dando a conocer teoría general del sistema GSM para poder comprender conceptos de esta tecnología como también parámetros a nivel de software que llevaran al balance de trafico· de voz, lo cual es el tema principal de este informe.
Más adelante se detallara las acciones tomadas para mejorar el performance de esta red dual band 850/1900MHZ, en el cual se mostraran resultados reales de antes y después de aplicar las técnicas de balanceo de trafico de voz, todo esto basado en estadísticas reales de una red comercial GSM.
INTRODUCCION ...... 1
CAPITULO l. PLANTEAMIENTO DE INGENIERÍA DEL PROBLEMA ...... 2
1.1. Descripción del Problema ... 2
1.2. Objetivos del Trabajo ... 2
1.3. Limitaciones del Trabajo ... 2
1.4. Síntesis del Trabajo ... 2
CAPITULO H. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL ..... .4
2.1. Arquitectura Del Sistema GSM ... .4
2.2. La Unidad Móvil o Estación Móvil (MS) ... 5
2.3. El Subsistema de la Estación Base (BSS) ... 5
2.4. El Centro de Conmutación para Servicios Móviles (MSC) ... 6
2.5. Base de datos en GSM ... 6
2.5.1. Home Location Register o registro local ... 6
2.5.2. Centro de Autenticación ... 6
2.5.3. Visitor Location Register o Registro de Usuarios Visitantes ... 7
2.5.4. Registro de Identidad de Equipo (EIR) ... 7
2.5.5. OMC (Operations and Maintenance Center) ... 7
2.6. La interfaz de radio en GSM ... 7
2.6.1. Esquema de modulación ... 7
2.6.2. Estructura FDMA/TDMA ... 9
2.6.3. Bandas de Frecuencias ... 10
2.7. Sincronización en GSM ... 10
2.8. Jerarquía de Tramas y Numero de Tramas ... 11
2.9. Canales físicos y lógicos ... 13
2.9.1. Broadcast Control Channels BCCH ... 14
2.9.3. Dedicated Control Channel DCCH ... .15
2.1 O. Handover. ... 16
2.11. Handover lntracell - Intra BSC ... 17
2.12. Handover lntercell - Intra BSC ... 17
2.13. Handover lntercell - Inter BSC ... 18
2.14. Handover Inter MSC ... 19
2.15. DTX- Transmisión Discontinua ... 19
2.16. Codificación de la Voz y la Señalización en GSM ... 20
2.16.1. Codificación del Canal de Voz ... 20
2.17. Mapeo de la Voz y Señalización Sobre la Estructura de la Trama ... 21
2.18. 1.,a Trama SID ... 22
2.19. Valores FULL vs. SUB ... 22
2.20. RXQUAL ... 23
2.21. Calculando el valor de BER ... 23
2.22. FER (Frame Erasure Rate) ... 24
CAPITULO 111. TÉCNICAS PARA LA SOLUCIÓN AL PROBLEMA DE CONGESTION ... 27
3 .1. Hierarchical Cell Structure (Estructura de Jerarquía de Celda ) -HCS ... 27
3 .1.1. Concepto general ... 2 7 3.1.2. Introducción a la técnica de Jerarquía de Celda (HCS) ... 28
3.1.3. Redes en Capas Diferentes o Redes Superpuestas ... 29 ·
3.1.4. Diseño de Capas ... 30
3.1.5. Definición de nivel de prioridades dentro de HCS ... 31
3.1.6. Establecimiento de parámetros de prioridad ... 32
3 .1. 7. Parámetros generales utilizados en el H CS ... 3 3 3.1.8. Proceso de planeamiento de prioridades ... 34
3.2. Procedimiento de selección de celda - Cell Selection (Cl) ... .34
3.3. Procedimiento de Re Seleccion de celda- Cell Reselection (C2) ... 36
3.3.1. Temporary Offset - TEMPOFF ... 36
3.3.2. Temporizador-T ... 36
3.3.3. Tiempo de Penalización - PENTIME ... 36
3.3.4. Cell Reselect Offset - CRESOFF ... 37
3.5. Funcionamiento de Handover en una estructura HCS ... 38
3.5.1. Descripción general ... 38
3.5.1. Detección de Handover ... .39
3.5.3. Generación de la lista de celda destino ... .39
CAPITULO IV. ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... .40
4.1. Descripción de la Red GSM dual band 850/l 900MHZ Lima ... .40
4.2. Descripción de la Zona de Análisis ... .43
4.3. Utilización de Equipos de Orive Test. ... 50
4.4. Ejecución de Cambios ... 51
4.5. Resultados estadístico� después de los Cambios de Parámetros ... 53
4.6. Resultados estadísticos de los cambios en la Estación INTI (Caso particular) ... 58
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 61
ANEXO. GLOSARIO DE TERMINOS ... 64
Como estándar global para las nuevas generaciones la mayoría de las compañías celulares alrededor del mundo han optado por el estándar GSM, teniendo como sistema antecesor a TOMA.
Actualmente el crecimiento acelerado de la demanda hacia las industrias de telefonía celular y el avance tecnológico en esta área lleva a buscar y ofrecer más y mejores servicios a los usuarios. Como resultado de este crecimiento es el desarrollo de nuevos features o técnicas que pueden tener un uso global.
Cuando hablamos de features, nos referimos a un conjunto de nuevos parámetros y/o aplicaciones el cual trae mejoras al rendimiento y desempeño de la red. Desarrollo de nuevos software dentro del estándar GSM que puedan ayudar a facilitar el buen funcionamiento de la red en el menor tiempo posible y a menores precios a largo plazo.
Teniendo presente los principios de propagación que a mayor frecuencia menor es la penetración de las señales, es por eso que en una red GSM Dual band 850/l 900MHZ, la mayor absorción de tráfico de llamadas es dado por las celdas configuradas con una menor frecuencia, en este caso 850MHz.
1.1. Descripción del Problema
En la implementación de una Red GSM dual band, en este caso 850MHZ / l 900MHZ, encontramos diferencias de cobertura entre celdas configuradas en banda 850MHZ y celdas configuradas en banda l 900MHZ debido a la propagación de las mismas, eso trae como consecuencias un desbalance de absorción en tráfico de voz en dichas celdas, por consiguiente esto podría causar congestión en las celdas configuradas en banda de 850MHz. Por lo tanto debemos tomar acciones para un mejor balance de tráfico de voz y por ende una mejor optimización (evitar el bloqueo de llamadas).
1.2. Objetivos del Trabajo
El presente trabajo tiene como objetivo en primer lugar dar a conocer una visión general del estándar GSM, para después entrar en detalle a las técnicas de balanceo de tráfico de voz (feature) como parte de la optimización, mediante parámetros y resultados estadísticos reales de una red GSM dual band 850/l 900MHZ puesta en servicio comercial en la ciudad de Lima- Perú.
1.3. Limitaciones del Trabajo
El presente trabajo, no muestra todas las técnicas o features que se tienen en cuenta a la hora de optimizar una red, pues este trabajo solo muestra el proceso de balanceo de trafico de voz, dejando a lado algunos procesos como el de mejoramiento de calidad voz, mejoras de cobertura indoor, dimensionamiento de red, procesos de mejora en datos, planeamiento de frecuencias, etc.
También no se da a conocer una simulación del funcionamiento del algoritmo en sí, que llevan al balancear el tráfico de voz. Como también la limitación de saber el costo real en licencias por la activación de estas técnicas (features), debido a que algunos fabricantes toman el costo en función a la cantidad de celdas y otros en función a la cantidad de radios instalados o simplemente es algo que se define dentro del contrato de optimización.
El Capitulo 11, muestra una visión general de los conceptos de una red GSM, mostrando temas como interfaces, arquitectura, modulación, banda de trabajo, tipo de acceso al medio, tipos de handover's, Dtx, sincronización, tramas, etc.
En el capítulo 111, aquí se explicaran las técnicas de balanceo de tráfico que son, la jerarquía en llamada (Hierarchical Cell Structure - HCS) y la jerarquía cuando no se está
en llamada (Cell Reselection - C2) para la solución planteada al problema de congestión o
desbalance de tráfico en celdas configuradas en 850MHZ debido a su amplia cobertura y penetración en interiores, comparadas a las celdas configuradas en 1900MHz. También se
dará a conocer otros parámetros que acompañan a estas técnicas de balanceo de tráfico.
En el capítulo IV, aquí se dará a conocer resultados del análisis al problema de congestión o desbalance de. tráfico, mediante estadísticas de tráfico real, también se mostraran gráficos de ubicación de las estaciones celulares, en las cuales se podrá apreciar que en lugares de alta densidad de celdas estas técnicas tienen un mejor impacto. También se tomara un caso en particular de una celda (1 sector de una estación GSM) para el mejor entendimiento de los parámetros de las técnicas de balanceo y finalmente se mostraran estadísticas de tráfico de la red en general.
Finalmente en la siguiente sección se darán a conocer las recomendaciones y
2.1. Arquitectura Del Sistema GSM
GSl\l{
Svster11 Architecture
... tnt AliC = Au1theru:io:-lli,;m Cemuc:usq,
1---� \_-==::::....-y
PSDlBlS = B.JJ:.e Tr.�nr Sution N �t1l"o rk Subs)·st �m
ADC !!!! Adiuii�iJL(:Ql D.1r.1i O!uttt o�!C • O,,.rllti(;ln 1'.hmt.c-Ji.ui,;_t Ctne,�
Figura 2.1. La Arquitectura del Sistema GSM.
.,J
El OMC (Operations and Maintenance Center), el cual supervisa el correcto
funcionamiento y estado de la red.
La estación móvil y el subsistema de estación base se comunican a través de la
interface "Um" conocida como interface de aire o radio enlace. El subsistema de estación
base y el MSC se comunican a través de la interfaz "A". 2.2. La Unidad Móvil o Estación Móvil (MS).
Un suscriptor utilizará su estación móvil para hacer y recibir llamadas vía la red GSM. La MS está compuesta de dos entidades diferentes, el SIM o subscriber identity module,
que es una tarjeta inteligente removible la cual contiene toda la información que es
específica para cada usuario, la otra entidad es el móvil en sí, que es en esencia el móvil sin
su SIM. La unidad móvil se encuentra en la parte inferior de la figura 2.1.
En el SIM se almacena información específica para cada usuario de la red, entre ésta
información se incluye el número único de identificación internacional del suscriptor o IMSI por sus siglas en inglés. Éste número se utiliza para identificar al usuario dentro de la
red GSM y consta de no más de 15 dígitos decimales. Los primeros 3 dígitos forman el código de país y sirve para identificar la red local del usuario. Los cargos al usuario
siempre serán por medio de su red local aunque incurra en gastos en redes externas.
Los siguientes dos dígitos del IMSI, forman el código de red móvil o MNC que identifica la red a la que el usuario está inscrito en su país. Gracias al SIM se pueden
resolver algunos problemas de roaming, aunque GSM850 y DCS 1900 son la misma red a
diferentes frecuencias, un usuario de una de éstas redes no puede continuar con el servicio en la otra a menos que tenga una unidad con modo dual. Para solucionar esto se puede simplemente rentar unidad móvil de la región que se visite, utilizando el mismo SIM para conservar el número pero con la unidad móvil que es compatible con la red.
2.3. El Subsistema de la Estación Base (BSS)
Una unidad móvil se comunica con un subsistema de la radio base, conocido como
Subsistema Transceptor de la Radio Base, esa comunicación se da mediante la interfaz Um
(Ver figura 2.1). Una BTS realiza todas las funciones de transmisión y recepción
relacionadas con la interfaz de radio de GSM con algún grado de procesamiento de
señales. El subsistema de la Radio Base se muestra en la figura 2.1 conformada por
elementos como la BTS y BSC.
A pesar de que la BTS se encarga de la transmisión y recepción de señales, para la distribución de los recursos de radio disponibles, necesita de la BSC o Controlador de la radio base. Entre las funciones de una BSC, se encuentran el manejo de los canales para los distintos móviles, determinar cuando un handover es necesario, e identificar una BTS para el móvil. Otra función importante, es la de controlar la potencia de transmisión del móvil, para que sea la rrúnima necesaria para alcanzar la BTS que la está sirviendo. Aunque cada BSC varía dependiendo de su producto, un BSC puede controlar a 40 BTS. La interfaz que existe entre BTS y BSC, toma el nombre de A-bis y está completamente definida por una especificación, por lo que se puede conectar independiente de quien sea el productor del equipo. Al conjunto de BTS y BSC se le conoce como subsistema de la radio base o BSS.
2.4. El Centro de Conmut�ción para Servicios Móviles (MSC).
Cada BSS se conecta a un MSC (Ver figura 2.1.). El MSC se encarga de conmutar las llamadas para y desde cada usuario móvil. Posee una gran capacidad de conmutación que varía dependiendo del fabricante, en general, un MSC puede manejar varias decenas de BSCs, lo que equivale a varias decenas de miles de usuarios. Para describir el área de cobertura de un MSC con sus asociados BTS y BSC dentro de una red GSM, se utiliza el término Área MSC dentro de la especificación de GSM. La interfaz entre un MSC y un
BSS se conoce como interfaz A que está completamente definida.
La interfaz entre diferentes MSCs se conoce como interfaz E Para obtener interoperabilidad, se puede dar la función de Gateway a un MSC determinado por el administrador de la red, este MSC cambia de nombre a GMSC. Mediante el GMSC llamadas originadas en sistemas distintos al que el usuario esté inscrito, son dirigidas hacia la correspondiente unidad móvil. Un GMSC funciona como interfaz entre algún PLMN y otras redes con la correspondiente red GSM.
2.5. Base de Datos en GSM.
2.5.1. Home Location Register o registro local.
Se utiliza para almacenar información de los usuarios pertenecientes a la red local, como pueden ser los servicios a los que pueden tener acceso, y cierta información acerca de la ubicación de cada usuario. La información puede ser consultada utilizando el IMSI. Todo usuario de la red estará registrado en el HLR de su red local. La interfaz entre MSC y HLR es conocida como Interfaz C. El HLR se puede observar en la figura 2.1.
2.5.2. Centro de Autenticación.
Éste se utiliza únicamente para cuestiones de seguridad de la red. Contiene información para identificar al usuario y la encriptación utilizada. Siempre está en comunicación con el MSC y hace esto mediante la Interfaz H. Ver figura 2.1.
2.5.3. Visitor Location Register o Registro de Usuarios Visitantes.
Esta es una base de datos, que cuenta de manera temporal con la información de un usuario que no pertenece a su región, esto con la finalidad de evitar consultar de manera continua al HLR del usuario que se encuentra en roaming. En GSM esto tiene una gran importancia, debido a que en gran parte del mundo ya se cuenta con este tipo de red y gracias a este registro se puede localizar el móvil en la eventualidad de recibir una llamada. La interfaz entre HLR y VLR se conoce como Interfaz D, entre MSC y VLR Interfaz B, entre diferentes VLR Interfaz O (Ver figura 2.1).
2.5.4. Registro de Identidad de Equipo o EIR.
Es otra base de datos de la red. Esta base de datos se compone de tres listas, primero la lista blanca, que contiene los IMEI o identidad internacional del equipo móvil (15 dígitos) de los móviles que pueden utilizar la red GSM, la lista negra que contiene los equipos que pueden estar con algún mal funcionamiento o equipos robados, y por último la lista gris que es para los equipos que están siendo monitoreados para evaluación. La interfaz entre el MSC y el EIR es la Interfaz F, el EIR se muestra en la figura 2.1.
2.5.5. OMC (Operations and Maintenance Center).
Este sub-sistema incluye la operación y el mantenimiento del equipo y soporta la interface de red del operador. Está conectado a todos los equipos en el sistema de conmutación y a las BSC, realiza también operaciones como facturación en un país, mantenimiento de la HLR, también realiza la gestión de las alarmas y del estado del sistema con posibilidad de efectuar varios tipos de test para analizar las prestaciones y verificar el correcto funcionamiento del mismo, también visualiza la configuración de la red con posibilidad de cambiarla por control remoto.
También administra a los abonados y da la posibilidad de poder conocer su posición dentro del área de cobertura.
2.6. La Interfaz de Radio de GSM. 2.6.1. Esquema de modulación.
GMSK es un tipo especial de modulación FM digital. Los unos y ceros se representan cambiando la portadora de RF en más o menos 67 .708kHz. Las técnicas de modulación que emplean dos frecuencias para representar unos y ceros se denotan como FSK (Frequency Shift Keying). En el caso de GSM, la velocidad de datos de 270.833kbit/seg se selecciona para ser exactamente cuatro veces el cambio de frecuencia de RF. Esto tiene el efecto de minimizar el espectro de modulación y mejorar la eficiencia del canal. La modulación FSK, en donde la velocidad de bits es exactamente cuatro veces el cambio de frecuencia se denomina MSK (Minimum Shift Keying). El espectro de modulación se reduce aún más aplicando un filtro Gaussiano de pre modulación. Esto frena las rápidas transiciones de frecuencia que de lo contrario dispersarían la energía hacia los canales adyacentes. 0.3GMSK no es u_na modulación de fase. La información no es transportada por estados de fase absoluta, como en QPSK por ejemplo. Es el cambio de frecuencia, o cambio de estado de fase lo que transfiere la información. Sin embargo, en ocasiones resulta útil tratar de visualizar a GMSK en un diagrama 1/Q. Sin el filtro Gaussiano, si un flujo constante de 1 's está siendo transmitido, MSK permanecerá efectivamente 67 .708kHz sobre la frecuencia central de la portadora. Si la frecuencia central de la portadora se toma como una referencia de fase estacionaria, la señal de +67.708kHz causará un aumento constante de fase. La fase girará +360 grados a una velocidad de 67,708 revoluciones por segundo.
En un periodo de un bit (l/270.833kHz) la fase avanzará una cuarta parte de la distancia alrededor del diagrama 1/Q o 90 grados. Los unos se ven como un aumento de fase de 90 grados. Dos unos causan un aumento de fase de 180 grados; tres unos 270 grados y así sucesivamente. Los ceros causan el mismo cambio de fase en la dirección opuesta. La adición del filtro Gaussiano no afecta esta transición promedio de 90 grados para unos y ceros. Dado que el cambio de velocidad de bits y de frecuencias está asociado por un factor de 4, la filtración no puede afectar las relaciones de fase promedio. La filtración no disminuye la rapidez de cambio de velocidad de fase (la aceleración de la fase). Cuando se aplica la filtración Gaussiana, la fase realiza cambios de dirección más lentos, pero puede adquirir velocidades pico más elevadas para alcanzar nuevamente su posición. Sin la filtración Gaussiana, la fase realiza cambios instantáneos de dirección, pero se mueve a una velocidad constante.
con precisión la trayectoria correcta. La especificación GSM no permite más de 5 grados rms y 20 grados de desviación pico a partir de la trayectoria ideal.
Modulación O. 3 GMSK
270. 833 kB Is
+67. 708 kHz frecuencia
-67. 708 kHz
fase
ll l! !! l
!
-90
ºFigura 2.2. Modulación 0.3 GSM.
2.6.2. Estructura FDMA/TDMA
GSM usa TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo) y FDMA (Acceso Múltiple por División de la Frecuencia). Las frecuencias disponibles se dividen en dos bandas. El enlace de ascenso es para la transmisión del móvil, mientras que el enlace de descenso es para la transmisión de la radio base. La diapositiva muestra parte de una de estas bandas. Cada banda se divide en ranuras de 200k.Hz denominadas ARFCN (Número de Canal de Frecuencia de Radio Absoluta). Al igual que dividimos la frecuencia, también segmentamos el tiempo. Cada ARFCN se di vide entre 8 móviles, cada uno de los cuales la usa por turnos. Cada móvil usa la ARFCN para una TS (ranura de tiempo) y después espera su tumo para regresar nuevamente. Los móviles obtienen el uso de la ARFCN una vez por trama TDMA.
Es importante para el móvil o radio base transmitir sus impulsos TDMA exactamente en el momento correcto y con exactamente la frecuencia y amplitud correctas. Demasiado pronto o demasiado tarde y el impulso puede tener una colisión con un impulso adyacente. Un espectro de modulación mal controlado o espuria causará interferencia con una ARFCN adyacente.
El Canal Físico es un ARFCN y una Ranura de Tiempo
Amplitud
ARFCN (Frecuencia de Canal)
Tiempo
Frecuencia
Figura 2.3. La estructura FDMAffDMA de GSM.
Ranura de
Tiempo
En otros sistemas que solo consideran FDMA, la frecuencia es asignada al usuario durante toda la llamada. En casos de alta demanda esto trae problemas de sobrecarga. En una configuración Full Rate 8 timeslots (TSs) son mapeados sobre una frecuencia; en una configuración Half Rate hay 16 TSs por frecuencia.
2.6.3. Bandas de Frecuencias.
En la tabla 2.1 se muestran las bandas de frecuencia en las cuales se implementa GSM y los países en los cuales utilizan GSM en estos rangos de frecuencia. El primer rango que aparece en la tabla es para los enlaces de subida y el segundo rango corresponde a los enlaces de bajada.
2.7. Sincronización en GSM
Como se muestra en la figura 2.4, el MS realmente no envía exactamente tres TSs
después de recibir los datos de la BTS. Dependiendo de la distancia entre ellos, es
necesario tener en cuenta un retardo de propagación. Este retardo conocido como Timing
Advance (TA), requiere que el MS transmita sus datos un poco antes de lo que determina
la regla de los tres TSs.
880-915 MHz/ 925 - 960 MHz Europa. Asia. Pacífico, Africa.
1710- 1785 tvIHz / 1805 -1880 tvIHz Europa. Asia. Pacifico, Africa.
1850-1910 MHz/ 1930 - 1990 MHz América The actual point in time of the transrnission
is shifted by the Tirning Advance
V
Figura 2.4. Recepción y envío desde la percepción del móvil.
2.8. Jerarquía de Tramas y Número de Trama
superior a 70dB pero necesita medir menos de +/-ldB en sentido plano sobre la parte activa de la ranura de tiempo. Todo esto sucede a través del periodo de 577µs de una ranura de tiempo. A mayor distancia entre el MS y la BTS mayor será el TA.
Signa!
level .•
1
:� time slot {TS) periodicity = 577 ¡.ts· 148 bit= 542.8 /1S • :+4 db -6 db
-30 db
-70 db
1 · +1 db
-1 db
us.
:
,us
' .. �---156.25 bit= 577
µs
---•:Figura 2.5. Impulso de Potencia GSM-TDMA.
El sistema GSM es un sistema múltiplex por di visión en el tiempo. La unidad más pequeña dentro de ese sistema son los bits individuales de datos. Cada bit de datos tiene 3.69µs de largo. Una ranura de tiempo, la cantidad de tiempo que tiene cada móvil para transmitir o recibir información, tiene un periodo de tiempo igual a 156.25 de estos bits de datos. Como existen 8 usuarios en cada frecuencia, hay 8 ranuras de tiempo por trama. El patrón se repite brindando a los usuarios otra ranura de tiempo en cada trama. El periodo de la trama es de 4.615 ms. Las tramas se agrupan en estructuras de mayor magnitud denominadas multitramas. Existen dos tamaños de multitramas, multitramas de 26 tramas y multitramas de 51 tramas. TCH usa multitramas de 26 tramas, mientras que BCH usa pares de multitramas de 51 tramas acopladas extremo a extremo para constituir una secuencia de 102 tramas. Una supertrama consiste de 51 o 26 multitramas y una hipertrama está compuesta por supertramas.
transportar información de control. Este canal de control lógico que comparte el mismo canal físico con el TCH se denomina SACCH. También existen largos patrones de repetición en el BCH. Se apartan tiempos para permitir que diferentes tipos de canales lógicos coexistan en el mismo canal físico.
-6.12s-Supertrama
51 Multitramas
Multitrama
26 Tramas
Trama
8 Ranuras
Ranura de Tiempo
(impulso nonnal)
156.25 Bits
Figura 2.6. Tramas y multitramas.
2.9. Canales físicos y lógicos.
Canales físicos son todos los TSs disponibles de la BTS, mientras que cada TS corresponde a un canal físico. Los canales lógicos se mapean en estos canales físicos. En cualquier instante en particular una frecuencia/ranura de tiempo puede ser ya sea un canal de tráfico o algún canal de control o señalización. Un canal lógico describe la función de un canal físico en ese punto en el tiempo.
Traffic Channels
Channel CCCH Oedicated Control Channel OCCH
Bro3dcut Control
2.9.1. Broadcast Control Channels BCCH
BCCH: El BCCH es un canal downlink que se usa para enviar información de identificación de celda y de red, así como caracteósticas operativas de la celda ( estructura actual de canales de control, disponibilidad de canales, y congestión). El BCCH también envía una lista de canales que están en uso en una celda. Desde la trama 2 a la 5 de una multitrama de control están contenidos los datos BCCH. Debe notarse que en la Figura 19 el TS0 contiene datos BCCH durante tramas específicas, y contiene otro tipo de canales BCH, canales de control comunes (CCCHs), o tramas idle, en otras tramas hasta completar las 51 tramas que forman la multitrama de control.
FCCH: El canal de corrección de frecuencia FCCH es una ráfaga de datos que ocupa el TS0 para la primera trama deritro de la multitrama de control, y que se repite cada diez tramas. El FCCH permite a cada estación móvil sincronizar su frecuencia interna de oscilación a la frecuencia exacta de la estación base.
SCH: El canal de sincronización se envía en el TS0 de la trama inmediatamente después del FCCH y se usa para identificar a la estación base servidora mientras que permite a cada móvil la sincronización de las tramas con la estación base. El número de trama (FN), que oscila entre O hasta 2,715,647, se envía con el código de identificación de la estación base (BSIC) durante la ráfaga SCH. El BSIC es asignado individualmente a cada BTS en un sistema GSM. Dado que un móvil puede estar hasta a 30 km de la BTS, es necesario frecuentemente ajustar la temporización de un usuario móvil particular de forma que la señal recibida en la estación base se sincroniza con el reloj de la estación base.
CBCH: Broadcast de short messages: Tráfico, tiempo, datos (informaciones que no sean del sistema).
2.9.2. Common Control Channels CCCH
AGCH: El canal de Access Grant se usa por la estación base para proporcionar un enlace de comunicaciones con el móvil, y lleva datos que ordenan al móvil operar en un canal físico en particular ( en un determinado TS y en un ARFCN) con un canal de control dedicado. El ACCH es el último mensaje de control enviado por la estación base antes de que el abonado es eliminado del control del canal de control. El ACCH se usa por la estación base para responder a un RACH enviado por una MS en la trama CCCH previa (downlink).
PCH: El canal de Paging proporciona señales de búsqueda a todos los móviles de una celda, y avisa a los móviles si se ha producido alguna llamada procedente de la PTSN. El PCH transmite el IMSI (Identificación de Abonado Móvil Internacional) del abonado destino, junto con la petición
qe
reconocimiento de la unidad móvil a través de un RACH. Alternativamente, el PCH se puede usar para proporcionar envíos de mensajes tipo ASCII en las celdas, como parte del servicio SMS de GSM. (downlink)NCH: Busca de MS en todas las celdas de una área de grupos de llamadas de voz para ejecutar el ASCI (Advanced Speech Call Items) (downlink)
2.9.3. Dedicated Control Channel DCCH
SDCCH: El canal dedicado lento del control lleva datos de señalización siguiendo la conexión del móvil con la estación base, y justo antes de la conexión lo crea la estación base. El SDCCH se asegura que la MS y la estación base permanecen conectados mientras que la estación base y el MSC verifica la unidad de abonado y localiza los recursos para el móvil. El SDCCH se puede pensar como un canal intermedio y temporal que acepta una nueva llamada procedente de un BCH y mantiene el tráfico mientras que está esperando que la estación base asigne un TCH. El SDCCH se usa para enviar mensajes de autenticación y de alerta (pero no de voz). A los SDCCH se les puede asignar su propio canal físico o pueden ocupar el TSO del BCH si la demanda de BCHs o CCCHs es baja.
SACCH se transmite durante la decimotercera trama (y la vigesimosexta s1 se usa velocidad mitad) de cada multitrama de control y dentro de esta trama, los 8 slots se usan para proporcionar datos SACCH a cada uno de los 8 usuarios (ó 16) del ARFCN.
Este canal tienes 2 tipos de mediciones:
Downlink: Informaciones del sistema, control de potencia, TA. Uplink: Medidas (nivel, calidad), short message service.
F ACCH: El Canal asociado rápido de control lleva mensajes urgentes, y contienen esencialmente el mismo tipo de información que los SDCCH. Un FACCH se asigna cuando un SDCCH o TCH no se ha dedicado para un usuario particular y hay un mensaje urgente (como una respuesta o pedido de handover). El FACCH gana tiempo de acceso a un slot "robando" tramas del canal de tráfico al que está asignado.
TCH: Canal de tráfico utilizada para la transmisión de voz y datos.
2.10. Handover
Antes de explicar lo que es un handover tener presente 2 conceptos básicos, celda servidora y celda Vecina. La celda Servidora es celda en el cual el usuario esta enganchada realizando la llamada de voz Y la celda Vecina es la posible celda al cual la llamada puede ser enviada para el manteniendo de la comunicación.
En una red de comunicaciones móvil, el subscriptor puede estar en movimiento. Pero ¿ Cómo podemos mantener la conexión en tales casos? Para entender esto, debemos estudiar el proceso de handover en las llamadas. Con la ayuda de la función de Handover es posible mantener la conexión de tráfico con movimiento del subscriptor.
El concepto básico es simple: Cuando un usuario se mueve del área de cobertura de una celda a otra, se tiene que establecer una nueva conexión con la celda destino y liberar la que se tenía con la celda anterior.
Existen dos razones para la ejecución de un Handover:
a) Handover debido a Mediciones, ocurre cuando la calidad o la potencia de la señal de radio cae debajo de ciertos umbrales especificados en la BSC. Dicha deterioración de la señal es detectada por las constantes mediciones llevadas a cabo tanto por el MS y la BTS. Como consecuencia, la conexión es transferida a otra celda con mejor señal.
La decisión para la realización de un handover es siempre hecha por el BSC quien está constantemente dando servicio a los usuarios, a excepción de los handover's por razones de tráfico.
En este caso el MSC es quien toma la decisión. Existen cuatro tipos diferentes de handover y la mejor manera de analizarlos es siguiendo al usuario en movimiento:
2.11. Handover Intracell - Intra BSC
El handover más pequeño es el Handover Intracell en donde el usuario es pasado a otro canal de tráfico (generalmente de otra frecuencia) dentro de la misma celda. En este caso el BSC es el que controla la decisión de la celda para la realizar el handover.
Es considerado un Handover lntracell cuando la llamada pasa de un canal HR a un canal FR, y viceversa ya sea p9r condiciones de radio o por capacidad.
Air
Figura 2.8. Handover Intracell - Intra BSC
2.12. Handover Intercell - Intra BSC
,
I' '
----'"---'--:1
podemos decir que el handover fue exitoso.
Air
Figura 2.9. Handover Inter Cell - Intra BSC
2.13. Handover Intercell - Inter BSC
Air
,/JJNN
I
t I
Figura 2.10. Handover InterceU - Inter BSC
A
A
2.14. Handover Inter MSC
El usuario se mueve de una celda controlada por un MSCNLR hacia otra celda en el dominio de otro MSCNLR. Este caso es un poco más complicado. Considerando que el primer MSC/VLR está conectado con el GMSC vía un enlace que pasa a través de las líneas PSTN, es evidente que el segundo MSCNLR no puede tomar al primero de manera sencilla.
El MSCNLR actual da servicio al suscriptor, contacta al MSCNLR final y la conexión de tráfico es transferida a este MSC. Como ambos MSCs pertenecen a la misma red, la conexión es establecida sin dificultades.
i\ir
,
l
JJSS
'•Figura 2.11. Handover Intercell - Inter MSC
2.15. DTX- Transmisión Discontinua
A
Minimizar la interferencia co-canal es una de las metas en todo sistema celular dado que permite un mejor servicio para un tamaño de celda dado o el uso de celdas más pequeñas lo cual incrementa la capacidad total del sistema. La transmisión discontinua (DTX) es un método que toma ventaja del hecho de que una persona habla menos de un 40% durante una conversación normal y por tanto el transmisor se apaga durante los periodos de silencio. Un beneficio extra es por tanto, el ahorro de potencia con lo cual una carga de las baterías del móvil dura por más tiempo.
El componente más importante del DTX es el V AD (Detector de actividad de Voz).
malinterpreta se apagará y en el extremo del receptor aparecerá el muy molesto efecto de "clipping" (entrecortado de la voz). Por otro lado, si el ruido se malinterpreta como voz, el transmisor estará encendido por mucho más tiempo lo cual hace decrecer el rendimiento del DTX de forma dramática. Otro factor a considerar es que dada la propia naturaleza digital de GSM, cuando el transmisor se apaga el receptor no escucha nada en absoluto. Para asegurar al receptor que la línea no está muerta se agrega en el receptor un "ruido de confort" tratando de igualarlo a las características del ruido de fondo presente en el transmisor.
2.16. Codificación de la Voz y la Señalización en GSM
En esta sección se explicara una breve introducción a la codificación del canal de voz en GSM y servirá como base para una explicación posterior de las mediciones del RXQUAL y el FER.
2.16.1. Codificación del Canal de Voz
Antes de que la voz llegue al codificador de canal, ésta ha sido muestreada y segmentada en bloques de 20 ms de voz que ha sido comprimida en un codificador de voz para consistir de 260 bits. Los 260 bits son divididos en tres diferentes clases de acuerdo a su importancia, esto es manejado por el codificador de voz como se muestra en la figura 2.12.
Cla:;s ] a
Very imporia:nt bits Cbs:. lb lmport:111t bit:; Not-so-important big ClJss 2
50
Figura 2.12. Codificación del canal en GSM para un canal de tráfico de voz en fuU rate.
decodificador de canal transformará los 456 a 260 bits, los cuales pasarán al decodificador de voz donde se convertirá nuevamente en sonido de 20 ms de duración tal como fue enviado.
2.17. Mapeo de la Voz y Señalización Sobre la Estructura de la Trama
Como vimos anteriormente, tanto las tramas de señalización como las de voz deberán terminar en 456 bits por trama. Estos 456 bits son luego separados en un número de bursts y mapeados en la estructura de la multitrama. Lo primero es separarlos en 8 partes que contienen 57 bits cada una como se muestra en la figura 2.13.
456
l
57l
57l
57l
57 157l
57l
57l
57Figura 2.13. Los 456 bits que contienen voz o señalización son separados en ocho bloques de 57 bits.
La figura 2.14 muestra un burst normal de GSM. Como puede verse, un burst normal puede tomar dos bloques de 57 bits cada uno.
1 TAIL(3) 1 DATA(67) 1 FACCH I TSC(26) 1 FACCH I DATA(57) 1 TAIL(3) 1 GUARO :FLAG(1.) FLAG(1) __ .@.;.�5) ___ :
Figura 2.14. Estructura de un burst de tipo normal en GSM.
El siguiente pasó es poner los bloques de 57 bits en bursts. Para voz, es utilizado un entrelazado sobre ocho half bursts mientras que para SACCH es utilizado entrelazado · sobre cuatro bursts completos. El mapeo exacto se encuentra en la figura 2.15 debajo, a-z son tramas de voz y A es el bloque SACCH. Nótese que la primera parte de la primera
trama de voz es transmitida en la multitrama SACCH previa y la trama z terminará en la multitrama SACCH siguiente.
b b b b e e e d d d e e e e f f f
e e e d d d e e e e f f f f g g g h h h j j j j k k k k 1 1 1 1
k k k k 1 1 1 1 m m m m p p p p q q q q r r r
q q q r r r r s s s s V V V V X X X X y y y y
X X X X z z z z
Figura 2.15. Mapeo de la Trama de Voz sobre la multitrama SACCH.
y MEASUREMENT REPORT en el canal de uplink).
Por cada multitrama SACCH es enviado MEASUREMENT REPORT a la estación base el cual contiene los valores de las mediciones hechas de las celdas servidora y vecinas durante la última multitrama SACCH. Los timeslots de IDLE son utilizados para la búsqueda del burst de SCH en las celdas vecinas que contiene los valores de Timing Advance y BSIC de la celda.
2.18. La Trama SID
En la figura 2.15, los half bursts "n" que están sombreados contienen las llamadas tramas SID (Silence Description). La trama SID es utilizada cuando esta activada la transmisión discontinua (DTX) y contiene parámetros que representan el ruido de fondo que rodea al micrófono. Si la función de DTX en downlink esta activada en la red, el detector de actividad de voz (V AD) monitoreará continuamente cada trama de voz de 20 ms de duración. Si el V AD encuentra una trama silente, éste analizará el ruido de fondo en la trama y creara una trama SID que reemplazará dicha trama silente original.
Una trama SID es un bloque de voz de 260 bits que posee un patrón de identificación SID en el bit de posición 95, junto con parámetros que representan el ruido de fondo. En tanto el V AD no detecte ninguna conversación, no se transmitirá voz. Solo será enviada una trama SID por multitrama SACCH, que contiene una serie de parámetros que representan el ruido de fondo.
Notar que las tramas SID solo son transmitidas en los periodos de silencio. Durante conversaciones de voz, serán transmitidos bloques normales de voz en lugar de las tramas "n" de la figura 2.15.
2.19. Valores FULL vs. SUB
En GSM existen dos tipos de valores presentados para RXQUAL, llamados RXQUAL FULL y RXQUAL SUB, El parámetro que representa la intensidad de la señal tiene también valores similares de FULL y SUB.
Los valores FULL están basados en todas las tramas de la multitrama SACCH, así hayan sido transmitidas desde la estación base o no. Esto significa que si el DTX DL ha sido usado, los valores de FULL no serán válidos para dicho periodo puesto que incluye mediciones de errores de bits cuando nada ha sido enviado resultando en un muy alto BER, en total 100 bursts (25 bloques) serán utilizados para los valores de FULL.
este criterio y estas son el bloque SACCH (bursts "A" en la figura 2.15) y el bloque que contiene la trama SID (los bursts "n" en la figura 2.15). Si DTX DL no está en uso, la trama SID contiene una trama de voz ordinaria y será incluida en su lugar. En total 12 bursts (tres bloques) serán utilizados para valores SUB (cuatro bursts SACCH y ocho half bursts de voz).
2.20. RXQUAL
RXQUAL es un valor entre O y 7 en donde cada valor corresponde a un número estimado de errores de bits en un número de bursts.
Cada valor de RXQUAL corresponde a un valor estimado de bit error rate (BER) de acuerdo con la siguiente tabla, la cual ha sido tomada de la Especificación Técnica de GSM 05.80 sección 8.2.4:
Tabla 2.2. Conversión de BER a RXQUAL RXQUAL Bit Error Rate (BER)
o
BER < 0.2%EL valor de BER es calculado sobre cuatro 26 multitramas (una multitrama SACCH), sobre cada bloque TCH (8/2
=
4 bursts TCH) y sobre el bloque SACCH (cuatro bursts SACCH). Por cada bloque TCH, son utilizados 378 bits de clase la para el cálculo del BER y para el cálculo del bloque SACCH son usados 456 bits. Si un bloque de TCH es reemplazado por un mensaje FACCH, pueden ser usados 456 en lugar de 378 bits.Número de bits de TCH
=
(número de 26 multitramas) * (número de bloques TCH por 26 multitrama) * (número de bits por bloque TCH) = ( 4* 6 * 378)
Esto nos da ( 4
*
6*
378) + 456 = 9528 bits en cada multitrama SACCH si es un canal de TCH, y 3 * 456 = 1368 bits si es un canal de SDCCH.2.21. Calculando el valor de BER
número de bits errados es acumulado en una suma de BER para cada multitrama SACCH. La suma del BER es luego dividida por el total de número de bits por multitrama SACCH y el resultado es clasificado dentro del rango de O a 7 de acuerdo con la tabla de conversión 2.2.
Notar que el cálculo del BER no tomará en consideración si el bloque es descartado debido a un error en la protección CRC de los bits de clase l a. También hay que notar que aún cuando el CRC indica un bloque de voz válido, la calidad de voz no es necesariamente buena. Los bits errados pueden aun permanecer en los bits de clase l a y especialmente en los bits no protegidos de clase 2.
2.22. FER (Frame Erasure Rate)
La tasa de FER es un valor entre O y 100% y es calculado una vez cada multitrama SACCH, al mismo tiempo que los valores de RXQUAL. Es decir, al igual que el RXQUAL, es calculado sobre los bloques de TCH y SACCH.
Como se muestra en la figura 2.12, tres bits de CRC protegen los 50 bits de clase 1 a. El CRC sirve para chequeo de redundancia cíclica además trabaja como control de paridad y es usado para detección de errores en los bits de clase l a. Cuando el decodificador de canal ha obtenido los 456 bits, es chequeado el CRC y, si es incorrecto, el bloque completo es descartado. En la especificación técnica 06.11 de GSM se da un ejemplo de cómo esto debe ser manejado en el receptor por una unidad ECU (Error Concealment Unit). El valor de FER está basado en el número de bloques que han sido descartados debido a un error en el CRC.
Por lo tanto la siguiente fórmula nos da un indicativo del cálculo del FER:
FER(%)= (nro. de bloques con CRC incorrecto/ total nro. de bloques)*J00
Así como con los valores de RXQUAL y RXLEV, son requeridos dos tipos de mediciones, FER FULL basado en todas las tramas y FER SUB basado solo en dos bloques principales.
a) FER Full
El número total de bloques en un canal de TCH full rate es 24 TCH + 1 SACCH = 25 bloques.
FER_FULL (%)=(número de bloques con CRC incorrecto/ 25)*100
b b b
U U V V
d d
X
r X X X y y
m
r r
r r s s
X X y y y y y
Figura 2.16. Ejemplo con tres tramas erróneas (El CRC falló en las tramas f, i y k).
En la figura 2.16 las tramas f, i y k tienen CRC incorrecto. El FER FULL para esta
multitrama SACCH es calculado como:
FER_FULL
=
(3 / 25) * 100=
12%Ejemplo 2 FER FULL:
d d d e e e e f f f
f f f f g g g k 1 1 1
U U V V
Figura 2.17. Ejemplo con cuatro tramas erróneas (El CRC falló en las tramas c, q, r y A).
En la Figura 2.17 las tramas e, q, r y A tienen CRC incorrecto. El FER_FULL para esta
multitrama SACCH es calculado como:
FER_FULL= (4 / 25) * 100 = 16%
b) FERSub
El número total de bloques principales en un canal TCH full rate son 1 TCH + 1
SACCH
=
2 bloques.FER_SUB (%)=(número de bloques con CRC incorrecto/ 2)*100
Nota: El valor real del FER SUB está limitado a tres: 0%, 50% y 100%. No son posibles
otros valores puesto que solo dos bloques forman la base de los cálculos.
Ejemplo 1 FER SUB:
caso de FER FULL (ejemplo 2 del caso FER FULL).
Figura 2.18. Ejemplo con cuatro tramas erróneas (El CRC falló en las tramas c, q, r y A).
FER SUB solo toma en cuenta las tramas SACCH (A) y SID (n). En este caso está errada "A" pero no "n ", así el FER SUB para esta multitrama SACCH es calculado como:
FER_SUB = (1 / 2) * 100 = 50%
En la Figura 2.19 las tramas e, g, h, k y l tienen CRC incorrecto. Puesto que el FER SUB solo cuenta las tramas SACCH (A) y SID (n) y ninguna de ellas está incorrecta, el FER SUB para esta multitrama SACCH es calculado como:
FER_SUB =(O/ 2) * 100 = 0%
Ejemplo 2 FER SUB:
3.1. Hierarchical Cell Structure (Estructura de Jerarquía de Celda)- HCS 3.1.1 Concepto general
Dentro de una estructura de Jerarquía de celda que en adelante llamaremos HCS, el operador de la red es capaz de organizar su red en una red de múltiples capas. El incremento en la demanda de trafico por kilornetro cuadrado implica el uso de una red con múltiples capas aun cuando se está opera con diferentes bandas de frecuencias ( en nuestro caso 850/l 900MHZ), para utilizar al máximo los recurso de radio. Nos referirnos a recurso de radio a la cantidad de Trx para la realización de llamadas (times slot).
Una red de múltiples capas está construido con diferentes capas de coberturas (Radio coverage layers-RCL). Todas las celdas caracterizadas del punto de vista de radio (Urnbrella, Macro, Micro, etc.), tienen definidos una capa de radio de cobertura (RCL). Cada RCL esta normalmente operando en una banda de frecuencia, pero generalmente diferentes capas pueden operar en diferentes bandas, corno es el caso de las redes GSM dual band (850MHz y l 900MHZ). Esta Red dual band consiste de múltiples capas y bandas de trabajo diferentes corno muestra la siguiente figura 3.1.
El escenario de la Figura 3 .1, es construido por una celda U rnbrella , nos referirnos a celdas Urnbrella corno celdas de tipo teóricas de cobertura muy amplia conocidas también corno cedas paraguas, observamos también en la figura3. l Macroceldas y Microceldas RCL en la banda GSM850MHZ o en GSMl 900MHz.
Lo que en todo momento se puede dar es un handover en un móvil y por lo tanto el trafico puede ser enviado a una cierta capa incluso si varios servidores están sirviendo bien en cierto lugar.
Umbrella cell (Coverage !ayer)
Macro cells
Micro cells
Pico cells
(Capacity !ayer)
-Objective: lncrease the traffic per area by using micro/pico cells
Figura 3.1. Esquema de una red de múltiples capas con varios radios de cobertura Compuesto por celdas GSM850 o GSM1900.
Los handovers de la mejor celda están siempre dirigidos hacia capas de celdas con igual o mayor prioridad. Handovers de clase imperativos son entregados directamente a las celdas vecinas con mayor prioridad, pero si no están disponibles hacia celdas con igual o mejor prioridad. Un handover imperativo es de tipo forzado teniendo en cuenta los valores de prioridad de las celdas vecinas.
3.1.2. Introducción a la técnica de Jerarquía de Celda (HCS).
Durante una normal evolución de una red GSM nos muestra que los cambios más importantes están basados en los aspectos de cobertura y capacidad.
La utilidad de manejar una estrategia de múltiples capas para mejorar la capacidad se dan a continuación:
a) Maximiza la inversión existente. - Frecuencia de Hopping.
b) Macroceldas.
- Mejorar la cobertura en general.
c) Microceldas.
- Mejorar la cobertura y calidad.
- Trae un masivo crecimiento de capacidad.
- Altos ingresos de ganancias por capacidad para zonas de alta demanda.
d) Picoceldas
- Significativo mejoramiento en cobertura y calidad.
- Trae máxima capacidad.
. Tener una base para una estrategia inalámbrica empresarial.
Por otro lado escenarios de redes de alta capacidad son posibles donde más de una
capa es planeada, desde el comienzo del diseño.
3.1.3. Redes en Capas Diferentes o Redes Superpuestas
Normalmente la introducción de cobertura adicional por capas definidas, resulta de la
evolución de una red típica, en primer lugar debido a los requerimientos de cobertura y en
segundo lugar por requerimientos de capacidad. Celdas Umbrella y Macro, pueden
suministrar fácilmente suficientemente cobertura. Como muestra la siguiente figura 3.2.
Umbrelfa -Cell
Uncovered spots in tlJe Macro • Cell Layer
Figura 3.2.buena cobertura debido a celdas macro y umbrella o paraguas.
Microceldas y Picoceldas. Estas celdas deberían ser superpuestas en Macroceldas existentes, esto por razones de facilidades de ambiente, permisos y tiempo, como muestran la siguiente figura 3 .3.
Figura 3.3. Extensión de capacidad en las Microceldas.
3.1.4. Diseño de Capas a) Numero de Capas
El número de capas requeridas dependen del historial y la estrategia de la Red. En una red típica la evolución es orientada primero por las necesidades de cobertura y después por necesidades de capacidad. Celdas Umbrella (Paraguas de amplia cobertura) y Macroceldas pueden fácilmente Proporcionar suficiente cobertura, la capacidad de la red puede ser .
incrementada después por la implementación de celdas pequeñas (small cells), Microceldas y Picoceldas en lugares estratégicos como por ejemplo bancos, edificios, universidades, etc.
b) Área de Cobertura para Diferentes Capas
Adicionalmente el diseñador deberá decidir la expansión de la capacidad de las capas para esto tenemos 2 opciones básicas, cobertura por separada lo que se conoce como Hotspots (Pequeñas aéreas de cobertura) o cobertura continua como muestra la figura 3.4.
Hotspots (pequeñas áreas de coberturas) aislados son la solución adecuada para determinadas zonas de alto trafico que están lejos unos de otros. Este es la solución típica para las Microceldas instaladas dentro de los edificios o estaciones de tren, etc.
toda el área.
Isolated Hotspot CoveJage Continous Coverage
Figura3.4. Hostpost and Continuos )ayer coverage
Los handovers deberán ser _posibles desde una Microcelda a la siguiente celda para usar
la máxima capacidad del sistema HCS (técnica de jerarquía). Un ejemplo típico es la
cobertura del centro de una ciudad, este enfoque es también común para redes dual band.
Una típica configuración inicial es de 2 capas de red, Macroceldas en 850MHZ para
razones de cobertura y Macroceldas en 1900MHz para razones de capacidad.
Adicionalmente las estaciones celulares pueden ser añadidas dependiendo de la demanda,
por ejemplo Microceldas en lugares o calles de negocios y Picoceldas dentro de edificios o
centros bancarios, etc.
3.1.5 Definición de nivel de Prioridades dentro de HCS
Las prioridades pueden ser puestas a diferentes valores ( del O al 15) para la celda
servidora y para las celdas vecinas. Toda la estructura puede ser organizada sin ningún
valor de prioridad absoluta para una celda, solo la relación entre la celda servidora y las
celdas vecinas tienes que ser asignados correctamente.
El HCS permite una flexible asignación de prioridades en las celdas, si una llamada es
entregada a una celda vecina, el estado de la celda es cambiado de la celda vecina hacia la
celda servidora. La prioridad de la celda cambia en consecuencia de la prioridad del vecino
a la prioridad del servidor. Dos diferentes valores de prioridad pueden ser asignados a una
celda dependiendo del estado de la celda como servidor o vecino.
Para el primer paso de planeamiento es recomendable asignar adecuadamente los
valores de prioridad correspondiendo a las capas de radio de cobertura de las células
pertenecientes.
Una celda con alta prioridad se consigue con un valor pequeño de prioridad (PL o
muestra la siguiente figura 3 .5. El rango de valores es de O a 15 con pasos de tamaño 1.
15 low
Umbrella cell
(Coverage layer)
Macro cells
Micro cells
Pico cells
o
Figura3.5. Valores de prioridad y prioridad de las celdas (priority values and cell priority)
La siguiente abreviación para las prioridades de las celdas es introducida: Celda servidora
Priority Layer
=
PL Celdas vecinasPriority Layer Neighbour Cell
=
PLNC (n)3.1.6. Establecimiento de parámetros de prioridad
El concepto de una red de múltiples capas es normalmente basado en una Macrocelda RCL (radio coverage layer) el cual suministra suficiente cobertura en la red y en una Microcelda RCL el cual suministra una alta capacidad en ciertos lugares puntuales o en ciertas áreas de alta demanda . La inicial configuración de las prioridades para las celdas servidoras y celdas vecinas deberá ser orientada a una estructura RLC.
Para activar la funcionalidad del HCS el parámetro de EnableHierachicalcellHo (HIERC) deberá ser puesto en TRUE en todas las celdas involucradas.
Si nosotros asumimos una red de 3 capas conteniendo por ejemplo una celda Umbrella, una Macrocelda y una Microcelda RCL, la posible configuración debería ser para:
Celda Servidora
Macrocell layer
Como podemos observar las celdas con menor cobertura como las Microceldas son configuradas con mayor prioridad (Valor pequeño de prioridad) esto es para que tengan una mejor absorción de tráfico.
3.1.7. Parámetros generales utilizados en el HCS
En una estructura HCS �e tiene en cuenta varios parámetros que acompaña a esta técnica de jerarquía (HIERC, PL, PLNC, etc.) que hemos venido mencionándolo a lo largo del informe, para un mejor desempeño y un mejor balance de trafico adicionalmente a la configuración de los parámetros de prioridades se darán a conocer algunos parámetros generales en un escenario HCS, como muestra la siguiente tabla 3.1.
Tabla 3.1. Parámetros HCS
Parámetro Rango de Valores Conversión del Rango
HIERC True o false 0ól
PL 0 .. 15 0 .. 15
PLNC 0 .. 15 0 .. 15
HOM 0 ... 126 -63dBm a 63dBm RXLEVMIN 0 .. 63 -1 l0dBm a -48dBm
TINHBAKHO 1..254 lseg a 254seg
HOLTHLVDL 0 .. 63 -1 lOdBm a -48dBm HOLTHLVUL 0 .. 63 -11 0dBm a -48dBm
Hierarchical cell Handover (HIERC): este parámetro debe ser puesto en 1 para que funcione el HCS, rango O o 1.
Priority Layer (PL): valor de prioridad de la celda servidora, rango (O a 15).
Priority Layer of neighbour (PLNC): valor de prioridad de la celda vecina, rango (O a
15).
Rx level minimum (RXLEVMIN): valor mínimo en la cual el vecino es considerado como
parte de la lista de vecinos de la celda servidora, rango (-1 l0dBm a -48dBm).
Timer to inhibit back handover (TINHBAKHO): tiempo en el cual la celda servidora borra al vecino configurado de su lista de vecinos, rango (Is a 254s).
Handover lower threshold level downlink (HOLTHLVDL): este umbral está configurado generalmente en la celda vecina, de tal manera la celda con mayor prioridad
realice un handover forzado por calidad en cierto nivel para evitar el arrastre de la llamada,
rango (-1 l0dBm a -48dBm).
Handover lower threshold level uplink (HOLTHLVUL): este umbral está configurado generalmente en la celda vecina, de tal manera la celda con mayor prioridad realice un
handover forzado por calidad �n cierto nivel para evitar el arrastre de la llamada, rango
(-1 l0dBm a -48dBm).
3.1.8. Proceso de Planeamiento de Prioridades.
El proceso de planeamiento en cuanto a asignar valores de prioridad son más y más
complejos si el número de capas se incrementa, en muchas situaciones deberá ser
considerado una búsqueda apropiada para asignar el valor de la prioridad. En la siguiente
tabla 3.2 puede ser de ayuda como se muestra abajo, para cada celda en los cuales muestra
teóricamente los posibles vecinos relacionados para una Celda U mbrella, Macrocelda y
Microcelda.
Tabla 0.2. Ejemplo de planeamiento de valores de prioridades para una celda.
Serving Cell
Cell Id LayerType PL
A Macro 9
Neighbor cells
Cell ID Layer Type PL PLNC
B Macro 9 9
e
Macro 9 9D Micro 5 5
E Micro 5 5
F Micro 5 5
G Umbrella 11 11
3.2. Procedimiento de selección de celda - Cell Selection (Cl)
cada portadora y realizado por el móvil de 3 a 5 segundos, lo cual después de la toma del promedio, ordena a las portadoras en orden descendiente al nivel de señal tomado. Este tiene importancia en los siguientes puntos:
En el acceso de un móvil a una celda.
Para asociar a un móvil dentro de un área de cobertura. Entrada de un móvil a un área de cobertura.
Una celda solo es seleccionada por el móvil cuando existe un nivel mínimo o mejor de calidad del enlace. También otro factor que se da en la selección en el parámetro Cell Bar Quality.
El parámetro CellBarQuality (CBQ), es usado para asignar prioridad a la celda para el proceso de cell Selection. Esto trabaja solo con Móviles de fase 2 (posteriormente explicaremos la definición de MS de fase 1 o 2). Una determinada celda de baja prioridad (en el sentido de cell selection) es solo seleccionada si esta celda está configurada con el parámetro de prioridad normal (CBQ=O), este parámetro puede ser usado para asignar alta prioridad a ciertos radios de cobertura. Por ejemplo ponemos CBQ=O para pico celdas y Microceldas, y CBQ=l (Baja prioridad de selección/Reselección) para todas las otras celdas.
La MS al intentar efectuar una Selección, buscará primero las celdas de Prioridad Normal (CBQ=O). Solamente si no se hallan esas celdas, la MS buscará las celdas de Prioridad Baja (CBQ=l), independientemente de quién es el mejor servidor.
CBQ=O
3.3. Procedimiento de Re Seleccion de Celda - Cell Reselection (C2)
Una vez que el MS está seleccionado en una celda servidora (estando Idle Mode), él reselecciona otra celda más apropiada al detectar ciertas condiciones favorables. Desde el punto de vista del móvil (MS), vale la pena reseleccionar una celda cuando el nivel de señal recibido de una vecina es mejor que el nivel de señal de la celda actual.
Los Móviles de fase 1 fueron los primeros móviles fabricados que trabajaron con los primeros features hasta antes del 1996, en 1997 entran al mercado los móviles de fase 2, con nuevos features como half rate, Fer, ect. Actualmente estamos en móviles de Fase 2 que incluye GPRS, EDGE, UMTS, dual band, etc. A continuación algunas funciones:
MS de fase 1: Cl vecina> Cl servidora.
MS de fase 2: Puede usar tanto el criterio Cl como el criterio C2, habilitado por el parámetro CELL_RESSELECT_PARAM_IND (CRESPARI) para este último. Este criterio C2 depende de un temporizador T, de un Tiempo de Penalización (PENTIME) y de los parámetros TEMPOFF e CRESOFF que explicaremos a
continuación:
3.3.1. Temporary Offset - TEMPOFF
Compensación temporal, este parámetro que es aplicada al criterio C2 mientras el temporizador no supere el Tiempo de Penalización (PENTIME). Al ser restado el valor de Cl ese parámetro reduce la prioridad del candidato. Range: O a 7 (Pasos de 1, Un.: 10 dB, 7=infinito, default=O,).
3.3.2. Temporizador - T
Temporizador es un timer iniciado en el MS para cada celda en la lista compuesta de las 6 celdas pertenecientes a la lista de vecindad que posean los mayores niveles de señal. Este contador es reiniciado si una de esas celdas es removida de esta lista. Este temporizador no es un parámetro como tal, pero es un timer que se inicia y finaliza dependiendo del valor del parámetro PENTIME.
3.3.3. Tiempo de Penalización - PENTIME
Tiempo de penalización, este parámetro define un tiempo de penalización para el funcionamiento de re-selección (C2), en la cual responde a la siguiente ecuación:
TIEMPO_PENALIZACION = 20 + 20*PENTIME
3.3.4. Cell Reselect Offset - CRESOFF
Parámetro que es añadido a la Cl, aumentando tanto la prioridad de las celdas incluidas en la lista de los 6 vecinos más fuertes en cuanto a la prioridad de la celda servidora. Todos los vecinos son penalizados con un tiempo durante el cual no son seleccionables de re selección, una vez que se termina ese tiempo se incrementa la prioridad de selección de dicha celda, si un usuario va lento, el PENTIME de una microcelda se agota y el usuario puede adherirse a esa celda, en el caso de usuarios veloces el Pentime todavía no se ha agotado y la microcelda ya no está dentro del alcance por lo cual el usuario se mantiene en la macro celda cuyo Pentime aún no expira.
Range: O a 63 (Pasos de 1, Un.: 2 dB) Default:0, Sugerido: 2 (= 4dB).
Durante el PENTIME (T-:= PENTIME <31) un TEMPOFF negativo es aplicado en el criterio C2 referente al respectivo candidato como muestra la siguiente ecuación:
C2 = Cl + CRESOFF - TEMPOFF
C2
C1+CP.ESOFF-f---�-�------� TEMPOFF1 t
CRéSOFF C1
I
C1 + CRESOF,c -TEMPOFF · _.,_, _____
'
_.---+--,---�---t
t---PENTIME
·--t
start oftimer expiry oftimer
Figura3.7. Esquema de funcionamiento de C2
3.4. Mejor celda para Handover (Better Cell Handover)
La Combinación de los algoritmos de HCS y Better Cell Handover, dan la posibilidad para que las llamadas puedan realizar handover's de celdas con baja prioridad hacia celdas con igual o alta prioridad.
capacidad para manejar alta carga de tráfico.
Un móvil es servido por una Macrocelda y será traspasado (Handover) a una celda Vecina con un nivel de prioridad igual o superior. La máxima prioridad como una recomendación es asignarla a Picoceldas seguido por las Microceldas.
Como última opción configurar las celdas vecinas con la misma prioridad de la celda servidora, a excepción de la celda al cual se requiere pasar tráfico (Microcelda).
Un Handover a una celda con igual prioridad será realizado si la celda con mayor prioridad no está disponible y la celda vecina (igual prioridad) es satisfactorio con el criterio de mejor celda dependiendo del margen de handover (HOM).
Un Handover a una celda con alta prioridad, tiene alta prioridad si la celda vecina está cumpliendo con el criterio de i:nejor vecino. Si el Margen de Handover (HOM) es un valor negativo alto, la llamada realiza un handover a la celda con mayor prioridad siempre y cuando el vecino exceda el valor de Rxlevmin.
Neighbrur Cell
Figura3.8. Better cell handover directions in a single band multiple layer network.
3.5. Funcionamiento de Handover en una estructura HCS 3.5.1. Descripción General
El algoritmo de handover dentro del HCS será equivalente al procedimiento de Handover sin HCS. Los procedimientos de H.O en BSS siemens se dividen en: Detección de Handover y Generación de lista de celdas destino.
Estas partes incluyendo procesamientos de los móviles y mediciones reportadas por la Estación Base, estas son ejecutadas por la Estación Base.
Nos referimos con handover intercell cuanto la llamada pasa de una celda a otra y handover intracell cuando la llamada es pasada de un time slot a otro de la misma celda. 3.5.2. Detección de Handover
La detección de H.O es disparado por unas pocas condiciones de H.O. La funcionalidad de Handover y los procesos son descritos en detalle en el documento de descripción de H.O, el cual no se dará detalle por no ser el alcance de la presente tesis. Básicamente hay 3 grupos principales de H.O dentro de la filosofía de H.O en Siemens.
Handover Imperativo (Quality, Level, Distance), de tipo mandato.
Mejor celda para Handover (Nivel suficiente -HOM; Power Budget).
Handover Forzado (Dir_ected Retry) debido a Congestion.
3.5.3. Generación de la lista de celda destino
La lista de celda destino o lista de vecinos es generado cuando una causa de Handover es detectado. Las posibles celdas destino son solo las celdas declaradas como celdas vecinas de la celdas servidora respectivamente. Ciertas condiciones serán evaluadas por la celda vecina para ser considerada candidata para la realización del handover.
4.1. Descripción de la Red GSM Dual Band 850/1900MHZ Lima
Las técnicas de balanceo de tráfico son aplicables en cualquier momento de crecimiento de la red, pues se toma en consideración que tanto tráfico cursado esta en ese momento. En el momento que se aplicaron las técnicas de jerarquía para la Red dual band de Lima, presentaba 459 sitios· distribuidos en 22 BSC y 4 MSC como muestra el siguiente cuadro:
Tabla 4.1 Distribución de BSCs y MSCs
MSSOlLV MSSOlMA MSSOlMI MSS02LV MSS02MI MSS03LV
BSC0lSLV BSC02SLV BSC0lSMI BSC0lSMA BSCl0SMA BSC03SMA
BSC03SLV BSC08SMA BSC07SMA BSC02SMA BSCllSMA BSC04SMA
BSC09SMA BSC04SLV BSC0SSLV
BSCl0SLV BSC0SSMA BSC06SLV
BSC06SMA BSC07SLV
BSC09SLV BSC08SLV
Por ser una red dual band (850/l 900MHZ), se tiene en la actualidad asignados 2 porciones del espectro:
Para la banda 850MHZ, se tiene 5.4MHZ de ancho de banda, lo cual permite 27 canales de 200KHZ, las cuales están asignadas un rango para canal de control y otro rango para hopping, como muestra la tabla 4.2.
Tabla 4.2. Distribución de Frecuencias para la banda de 850 MHZ.
CANALES TIPO UPLINK(MHZ) DOWNLINK<MHZ)
128 BCCH/HOP 824.2 869.2
129 BCCH/HOP 824.4 869.4
130 BCCH/HOP 824.6 869.6
131 BCCH/HOP 824.8 869.8
